臥螺沉降離心機的污泥脫水性能研究
技術支持
一、引言
1.1 概述
離心機與其它分離機械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有體積小、密封性好、連續(xù)運行、自動遙控等優(yōu)點，因此被廣泛應用于化工、石化、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、環(huán)保、軍工等各個部門。如濕法采煤的煤粉回收，石油開采的鉆井泥漿凈化回用；鈾同位素的濃縮；污水處理的污泥濃縮和脫水；石油化工產(chǎn)品的精制；抗菌素，農(nóng)藥的提?。慌Ｈ?、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、動植物油、米糠油、淀粉等食品的制造；織品纖維脫水；潤滑油、燃料油的提純等都需要使用離心機?？梢?，離心機已成為國民經(jīng)濟各部門廣泛應用的分離設備。
臥螺沉降離心機適用于分離顆粒粒徑大于5μm的物料，可用于固-液兩相分離，固-液-液的三相分離，固-固-液三相分離。臥螺離心機可以實現(xiàn)24小時不間斷連續(xù)運作的工況要求，不僅處理量大，密封性好，而且控制系統(tǒng)穩(wěn)定，易于操作以及日常運行參數(shù)的調(diào)整，記錄，統(tǒng)計，匯總。臥螺離心機擁有非常廣泛的應用領域，既可用于城市中生活污水和工業(yè)廢水的污泥脫水中，也還能處理聚丙烯、淀粉、煤焦油、檸檬酸、GCC碳酸鈣、聚氯乙烯等不同性質(zhì)的物料。還有工業(yè)中非常難處理的含油污水，脫硫后產(chǎn)生的廢水，均可以根據(jù)處理要求選擇對應的臥螺離心機進行處理。
1.2 簡介
1.2.1 污泥特性
污泥是因其液-固相混合物的漿態(tài)特征而成為一類與液態(tài)和固態(tài)廢棄物均有區(qū)別的廢棄物，污泥不僅在產(chǎn)生時有漿態(tài)物的特征，而且其液、固混合狀態(tài)具有一定的穩(wěn)定性，通常僅在施加極大的外加作用力（物理、化學）時才能實現(xiàn)固液分離。
城市污泥含有種類廣泛的污染物，各種對生物有毒害作用的重金屬、列入優(yōu)先污染物名錄的各種有機毒害物質(zhì)，以及易腐性有機物、致病微生物、植物養(yǎng)分等環(huán)境污染物質(zhì)均可能在城市污泥中檢出，因此就其環(huán)境危害的深度和廣度而言，城市污泥均是一類有巨大污染危害的廢棄物。
城市污泥除了巨大的污染潛力（來自其產(chǎn)生量和復雜的污染物組分），也具有明顯的資源化潛力。城市污水廠污泥富含生物源有機質(zhì)（質(zhì)量分數(shù)為60%-80%）、植物養(yǎng)分（質(zhì)量分數(shù)為5%-10%）和化學能量（干固體熱值約18MJ/Kg）。
基于市政污泥的特性，作為環(huán)保中的重點內(nèi)容，環(huán)保從業(yè)人員如何逐步實現(xiàn)污泥的減量化，無害化，資源化已經(jīng)是刻不容緩的事務了。在過去的二十年期間，國內(nèi)眾多大中型污水廠和工業(yè)廢水廠中已經(jīng)廣泛應用臥螺離心機作為污泥濃縮、污泥脫水的機械脫水設備。部分不同規(guī)模的自來水廠也開始采用臥螺離心機。這些囊括了國內(nèi)外眾多的離心機型號的案例是非常好的素材，特別是通過離心機使用從而總結(jié)出的成功和失敗的經(jīng)驗又為后來者奠定了基礎。本文所要論述的內(nèi)容就是結(jié)合實際項目執(zhí)行，現(xiàn)場調(diào)試中獲得的運行經(jīng)驗，此次探討臥螺沉降離心機在市政環(huán)保中應用的相關內(nèi)容。
1.2.2 污泥脫水設備
減少污泥的體積是污泥脫水的目的，在實現(xiàn)污泥體積減量化之后，脫水后污泥更便于后續(xù)的處理處置和利用。污泥中的內(nèi)部水一般難以分離，而泥顆粒間的毛細水和顆粒表面的吸附水可在污泥濃縮脫水過程中被去除，所以污泥脫水去除的主要為污泥中的自由水分。
污泥機械脫水以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥水分被強制通過過濾介質(zhì)，形成濾液，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，形成濾餅，從而達到脫水的目的。根據(jù)造成壓力差推動力的方法的不同，可以將污泥機械脫水分為3類：
①在過濾介質(zhì)的一面形成負壓進行脫水，即真空吸濾脫水。
②在過濾介質(zhì)的一面加壓進行脫水，即壓濾脫水。
③造成離心力實現(xiàn)泥水分離，即離心脫水。
其中臥螺離心機就是離心脫水中的較常用的設備，臥螺離心機脫水的基本原理是：由于污泥顆粒和水之間存在著密度差，通過它們在相同的離心力作用下產(chǎn)生的離心加速度不同，使得污泥顆粒快速沉降，并與水之間產(chǎn)生分離，再通過推料螺旋將污泥從固相出口排出，水從液相出口溢流排出，從而實現(xiàn)脫水的目的。
離心脫水的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，密閉性好，單位體積下處理量大，處理物料對象廣泛，附屬設備少，臭味少，能不間斷24小時連續(xù)運行。
其缺點是噪聲大（80-85分貝離心機1米范圍內(nèi)），電耗高（1m3物料對應電耗在0.9-1.3kW），離心機脫水后污泥含水率較高（市政污泥脫水后含水率78-82%），離心機中高速轉(zhuǎn)動部件需要定期維護保養(yǎng)，校準動平衡，主機的維護成本較高。
臥螺離心機的機身構(gòu)造在早期機身較短，離心機轉(zhuǎn)鼓部分基本只有圓錐段。這種錐段的構(gòu)造其優(yōu)勢在于可以達到較高的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)高的分離因數(shù)來分離物料。由于處理量受到錐段容積小的影響，物料的停留時間很短，主要適用于早期的諸如制藥，生物工程中?，F(xiàn)如今這種較為古典結(jié)構(gòu)的臥螺離心機已經(jīng)非常少見了。
現(xiàn)在較為常見的臥螺離心機的結(jié)構(gòu)為大長徑比的構(gòu)造，即圓錐段加圓柱段的機身。相比早期的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的臥螺離心機其圓柱段體積幾倍甚至十幾倍于圓錐段體積。一般常見的長徑比在2:1到5:1之間，根據(jù)各個廠家不同設計理念有所區(qū)別。通過大長徑比結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了處理量的提升，從此臥螺離心機的發(fā)展進化又上升到新的高度。
臥螺離心機的品種規(guī)格眾多，從轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)形狀看，有全錐形，柱/錐形，還有沉降過濾復合型。從螺旋推料器的結(jié)構(gòu)形狀分，有整體螺旋、帶狀螺旋（葉片靠螺旋筒體部分焊接在螺旋體上）。針對市政污泥的臥螺離心機，一般選用柱/錐形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)鼓長徑比選3以上的臥螺離心機為宜。離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑的選擇是根據(jù)單機的生產(chǎn)能力和物料性質(zhì)確定的，處理能力與離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑成正比，同樣長徑比越大，生產(chǎn)能力也得到提升，轉(zhuǎn)鼓長度的增加有利于分離難分離的物料，對于易分離的物料，長徑比取1-2；而對于難分離的物料，長徑比取3-4。長徑比大于5的，因為受限于制造工藝和成本控制的因素，相對較少采用。
在具體選擇臥螺離心機前，需要進行探索性試驗，需要取得物料的試樣、測定物料的濃度、固體顆粒密度、固體顆粒的粒徑分布實驗、液相的pH值、液相粘度、液相密度、固體顆粒沉降速度，此外還需選擇合適的高分子絮凝劑品種，并對用量、離子度、分子量進行測試而分析。
二、離心基本原理
基于臥螺離心機的離心基本原理，分離因數(shù)和沉降速度是兩個較為關鍵的參數(shù)。其中，分離因數(shù)相當于內(nèi)因，其大小取決于離心機的轉(zhuǎn)鼓半徑，轉(zhuǎn)速等因素；而沉降速度等同于外因，直接與處理對象們的物理性質(zhì)相關，兩者結(jié)合起來就構(gòu)成了離心分離的基本原理。
2.1 分離因數(shù)
分離因數(shù)也稱為G force，簡稱為G，是離心機在運行過程中產(chǎn)生的離心機加速度和重力加速度的比值，因為是比值，因此也是個無量綱。
分離因素是離心機分離能力的主要指標，分離因數(shù)G越大，物料所受的離心力也越大，分離效果也好。對于較小顆粒，液相粘度大的難分離的懸浮液，需要采用大分離因數(shù)的臥螺離心機，對于城市生活污水中產(chǎn)生的活性污泥，一般所需的分離因數(shù)在1500-3000之間。
根據(jù)分離因數(shù)公式G=r*w2/g，w=2π*n/60從中可以清晰的看出，分離因數(shù)G與離心機的轉(zhuǎn)鼓半徑r成正比；也與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速n的平方成正比，因此提高轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，比增大轉(zhuǎn)鼓半徑對于分離因素G的影響要大很多。目前部分廠家提出的大長徑比的臥螺設計，就是部分基于這方面原因考慮的。在機械強度允許范圍內(nèi)，盡可能把機身加長，半徑盡可能保持較小值，這樣可以獲得更大的分離因數(shù)。半徑越大，對應轉(zhuǎn)速越??；半徑越大，在高速旋轉(zhuǎn)下對于臥螺離心機的機械強度要求更高。
綜上所述，分離因數(shù)是臥螺離心機基本的參數(shù)之一，分離因數(shù)是臥螺離心機的內(nèi)因，決定了是否可以達到物料分離的界限值。
2.2 沉降速度
沉降速度，就固液兩相分離而言，這里是指在離心機分離的物料中的固相顆粒在液相介質(zhì)中的沉降速度。這里引用經(jīng)典的斯托克斯定律來表示。
根據(jù)斯托克斯定律，在Re＜0.2時，受到重力加速度的影響，顆粒在溶液中的沉降速度Vg與以下參數(shù)有關：
Vg=d2*（Pd-PL）*g/18μ。公式中，Vg：顆粒在液相中的沉降速度，單位m/s；d：顆粒直徑，單位m；Pd：固相顆粒密度，單位Kg/m3；PL：液相密度，單位Kg/m3；g：重力加速度，一般取9.81m·s-2。
斯托克斯定律也表明了分離效果與物料性質(zhì)參數(shù)的基本關系。在分析沉降速度相關參數(shù)之前，必須具備兩個前提條件：
①顆粒密度大于液體密度，只有在這種情況下，才能產(chǎn)生沉降作用，不然會上浮。
②顆粒與液體基本無反應，包括溶解，乳化等等。
在此前提下，沒有其他輔助因數(shù)下，沉降速度大小依然取決于分離因數(shù)大小，當然我們可以通過手段改善沉降速度。例如，針對市政污水產(chǎn)生的剩余活性污泥，我們可以添加聚丙烯酰胺PAM，用絮凝劑顆粒吸附污泥顆粒，使得顆粒半徑增大；針對液相為油類的情況，我們也可以通過升溫，使得液體黏度降低，實現(xiàn)沉降速度增大的效果。諸如煤焦油的分離中，可以通過預熱升溫物料的方法得以實現(xiàn)更好的分離效果。
三、臥螺離心機的基本構(gòu)造及主要參數(shù)
臥螺離心機主要由轉(zhuǎn)鼓（柱段加錐段），驅(qū)動電機，機架，螺旋推料器和齒輪箱器構(gòu)成。通過主驅(qū)電機帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，達到2000-4000rpm，產(chǎn)生幾千倍重力加速度的分離因數(shù)，使污泥顆粒沉降；齒輪箱器產(chǎn)生額外的差速，使同軸旋轉(zhuǎn)的螺旋體與轉(zhuǎn)鼓有0-30rpm的速度差，螺旋體和轉(zhuǎn)鼓之間產(chǎn)生了相對位移，污泥被螺旋葉片輸送至固相出口。
關于構(gòu)造，分離因數(shù)是必須再次提及到的。為了獲得更高的分離因數(shù)，我們可以通過增大轉(zhuǎn)鼓直徑或提高轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。對于同一規(guī)格即轉(zhuǎn)鼓直徑不變，提高轉(zhuǎn)速也可以獲得更高的分離因數(shù)，但對機械本身（軸承，密封圈，潤滑等）損耗也就更厲害，額外產(chǎn)生的高分貝噪音也會進一步影響現(xiàn)場的操作環(huán)境。
按照進料位置來區(qū)分，臥螺離心機有小端進料和大端進料兩種，前者指進料管在轉(zhuǎn)鼓的錐端進入離心機腔體內(nèi)，后者指進料管從轉(zhuǎn)鼓的柱段進入。兩種進料方式取決于離心機整體構(gòu)造，與驅(qū)動電機安裝位置，齒輪箱安裝位置，連接件型式有關，取決于不同制造商的制造工藝。離心脫水系統(tǒng)中一般配備進料泵作為輸送污泥的設備，進料泵可以是螺桿泵，也可以是轉(zhuǎn)子泵，部分改造項目受限于現(xiàn)場條件，其中也才用過潛水泵等其它型式的進料設備。
離心機的進料管從小/大端，插入離心機轉(zhuǎn)鼓腔體內(nèi)，位于轉(zhuǎn)鼓整體靠近錐段端口1/3處，而且物料是通過上述泵壓力輸送的，所以小/大端進料方式對于離心機運行影響不大。
轉(zhuǎn)鼓，由圓柱及圓錐部分組成。柱段為澄清區(qū)，錐段為推料區(qū)，柱段與錐段夾角的補角稱作錐角（半錐角）。根據(jù)經(jīng)驗，離心機做濃縮機使用時一般配備小錐角（8-10°），離心機作為脫水機使用時配備大錐角情況較多，一般取10-20°。轉(zhuǎn)鼓直徑大小與分離因數(shù)成正比，轉(zhuǎn)鼓的容積大小同離心機處理能力也成正比。
齒輪箱，也稱為差速器。齒輪箱與推料螺旋連接，通過調(diào)節(jié)差速值的大小，達到調(diào)節(jié)扭矩的目的。扭矩值相當于螺旋推料的作用力，差速越小，扭矩越高。齒輪箱有行星齒輪箱，擺線齒輪箱等，輸出速比值決定了差速器的形式，目前能輸出大速比的行星齒輪箱更為主流。
驅(qū)動電機，以行星齒輪箱為例，驅(qū)動電機為主驅(qū)和背驅(qū)，均為變頻電機。主驅(qū)電機驅(qū)動轉(zhuǎn)鼓和螺旋體，產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速；背驅(qū)電機驅(qū)動齒輪箱，產(chǎn)生0-30rpm的差速。
防磨損保護，包括進料區(qū)，推料區(qū)，排泥口都是物料與離心機接觸的位置，同樣也是磨損較為嚴重的部位。因此需要考慮防磨損保護措施，在進料區(qū)，排泥口增加可更換的碳化物襯套，在螺旋葉片上噴涂碳化物保護涂層。
四、臥螺離心機在市政行業(yè)中的應用
市政污泥（城市污水廠污泥）是各種污水處理過程中產(chǎn)生的泥狀物質(zhì)。城市污水廠污泥，因污水性質(zhì)和工藝的相似性，其在污水處理過程中的產(chǎn)生環(huán)節(jié)相對確定。
城市污水廠污泥可按不同的分類準則分類，其中常見的有：
①按污水的來源特征，可分為生活污水污泥和工業(yè)廢水污泥。
②按污水的成分和某些性質(zhì)，可分為有機污泥和無機污泥，親水性污泥和疏水性污泥。
③按污泥處理的不同階段，可分為生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水污泥和干化污泥。
④按污泥來源，可分為柵渣、沉砂池沉渣（無機固體顆粒）、浮渣、初次沉淀污泥（初沉污泥）、剩余活性污泥（剩余污泥）、腐殖污泥和化學污泥。
針對市政污泥，作為污泥處理處置環(huán)節(jié)中的臥螺離心機主要承擔了污泥濃縮和污泥脫水的作用。以下就此內(nèi)容詳細展開，淺析臥螺離心機在市政污水廠的濃縮和脫水的作用。
4.1 市政行業(yè)中離心機的濃縮應用
傳統(tǒng)污水廠采用的活性污泥法工藝從二沉池產(chǎn)生的剩余活性污泥，其含水率約在99.2-99.3%之間，直接進入后續(xù)的脫水階段效率和經(jīng)濟型都極低，因此一般都進行濃縮處理。
污泥的濃縮的基本方式有重力濃縮、氣浮濃縮和機械濃縮等。濃縮的目的就是通過去除污泥顆粒間的自由水分，達到減容的效果，從而減輕后續(xù)污泥處理處置的壓力。在市政污水處理廠中，相關氣浮濃縮的應用，相對應用較少，據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，重慶唐家沱污水處理廠中有過氣浮濃縮的應用。
離心濃縮是機械濃縮中較為主流，應用較多的一種工藝，其側(cè)重于以臥螺離心機等機械設備為核心內(nèi)容，而重力濃縮側(cè)重于以重力濃縮池的工藝構(gòu)筑物形勢為核心，兩者是由本質(zhì)的區(qū)別的。盡管如此，在市政行業(yè)中這兩種技術更具有互補性。
重力濃縮與離心濃縮的比較：
重力濃縮：
①優(yōu)勢：貯存污泥的能力強、操作要求不高、運行費用低。
②劣勢：濃縮效果差，濃縮后的污泥含水率較高；濃縮池占地面積大，且會產(chǎn)生臭氣問題；停留時間長，易造成磷的釋放。
離心濃縮：
①優(yōu)勢：占地小，水力停留時間短，處理高效；基本沒有臭氣問題。
②劣勢：需要專門的離心機，耗電大，噪音較大，對操作人員要求高。
重力濃縮確實是目前應用較多的污泥濃縮的方法，無論是連續(xù)式的濃縮池或者是間歇式的濃縮池，受限于重力濃縮池的濃縮效率，濃縮后污泥含水率僅在98%左右，從99.2%到98%將近減少了一半，但是對多數(shù)大型污水廠而言，濃縮后污泥量依然龐大。在配備污泥厭氧消化工藝的污水廠，為了降低投資成本，需要合理配置消化罐數(shù)量，此時離心濃縮互補性就體現(xiàn)出來了。通過臥螺離心機高效的濃縮效果，濃縮后污泥含水率可以降低至94-95%，甚至更低。采用臥螺離心機的離心濃縮工藝，污泥通過壓力輸送裝置進入離心機后，僅在離心機內(nèi)停留15-35秒，污泥即被排出臥螺離心機。污泥體積的減量化是離心濃縮較顯著的特點，因此離心濃縮加消化工藝以及后續(xù)的污泥脫水工藝是市政行業(yè)中較傳統(tǒng)的組合。
離心濃縮工藝較具代表性的案例當屬上海白龍港污水處理廠中的應用。其污泥處理工藝采用先重力濃縮，再離心濃縮，進入消化池低溫厭氧消化，然后消化污泥進入后續(xù)的污泥脫水階段，其中工藝段包含了重力濃縮及離心濃縮兩種工藝。
處理的對象絕干泥量幾乎沒有變化，工藝段前后污泥體積從起初的125立方，通過離心濃縮減少至19.6立方，體積縮小了近85%，相比重力濃縮后的50立方，體積也縮小了近61%。
以白龍港廠200萬噸/天規(guī)模的現(xiàn)場配置情況來看，現(xiàn)場對應配備了4座蛋形消化池，5臺臥螺離心機。如果取消離心濃縮，污泥直接通過重力濃縮進入消化池的方案，取消5臺臥螺離心機，增加6座蛋形消化池，前者土建及設備采購安裝費用在4000萬人民幣，后者的土建及設備采購安裝費用在7000-8000萬人民幣。1座濃縮機房的土建面積僅占3-4座蛋形消化池面積，濃縮機房按照4用1備的使用情況來分析，單機處理能力120立方/小時，全年電能消費為120立方/小時×1.0千瓦時/噸×4臺×24小時×300天×0.63元/千瓦時≈218萬人民幣，全年藥劑消耗量120立方/小時×2%×1.2公斤/噸干泥×4臺×24小時×300天×30元/公斤≈249萬人民幣。臥螺離心機與蛋形消化池設備的維護成本此處相抵，基本上采用重力濃縮直接進入消化池的工藝，需要7-8年才能與離心機濃縮方案的投資相抵持平。我們通過白龍港離心濃縮的應用，體現(xiàn)了在一定時間段內(nèi)的臥螺離心機濃縮應用的經(jīng)濟性。
通過運行數(shù)據(jù)驗證現(xiàn)場臥螺離心機濃縮污泥的實際效果。現(xiàn)場共5臺離心機，采用4用1備24小時不間斷的運行方式進行機械濃縮。將現(xiàn)場5臺離心機依次標定為1-5號生產(chǎn)線，結(jié)合現(xiàn)場污泥指標，依次記錄各臺臥螺離心機的實際運行參數(shù)以反映離心濃縮的實際效果。
取樣方式采用每天取樣4次，每次間隔6小時，每次取樣100ml。污泥進泥和出泥樣品現(xiàn)場現(xiàn)取現(xiàn)測的方式，上清液采用平均測定的方式，每天每條生產(chǎn)線取1-2個混合樣。加藥量和固體回收率根據(jù)相關公式計算得出。
由于臥螺離心機濃縮系統(tǒng)需要根據(jù)進泥的含固率進行相應的調(diào)整，因此對于進泥的含固率需要經(jīng)常進行檢測。普通的重量法檢測烘干稱重耗時太久，因此現(xiàn)場采用了快速水分測定儀對濃縮系統(tǒng)的進泥和出泥進行檢驗，以期更好地運行濃縮系統(tǒng)。由于上清液的含固率較低，通過快速水分測定儀測定的數(shù)據(jù)偏差較大，所以上清液含固率由污水水廠的試驗設備（分析天平）進行檢驗。
外界條件主要是指離心濃縮系統(tǒng)的進泥含固率。根據(jù)當時工藝條件離心濃縮系統(tǒng)的進泥含固率應當在1.5%-2%。實際離心濃縮系統(tǒng)的進泥含固率基本維持在2%-3%的區(qū)間，檢測到含固率下降為2%以下的數(shù)據(jù)才1次。
總結(jié)發(fā)現(xiàn)污泥濃度不是一直穩(wěn)定的。濃度從高點下降到低點后會反彈。第一波反復的程度劇烈，從10月26日12:00開始，污泥濃度保持在3.5%，一直到10月28日0:00，污泥濃度在1.87%，持續(xù)時間36小時。之后污泥濃度在4小時之內(nèi)上升到3%作用，并且維系了近28小時。后面的三次波動震蕩程度趨緩，這都是進入臥螺離心機的實際邊界條件，可見實際從重力濃縮池排出的污泥濃度并非穩(wěn)定，造成的原因是多方面的，但不足以嚴重影響離心機的后續(xù)濃縮。就進料濃度波動而言，臥螺離心機是完全能夠適應的，當濃度升高，通過自動控制降低污泥的水通量，確保絕干泥量總量恒定。
根據(jù)檢驗結(jié)果，單機濃縮能力在不小于120立方/小時（此時進料含水率98%），即固體負荷不小于2400公斤/小時，每套生產(chǎn)線都滿足了2400公斤/小時該數(shù)值。因為就市政中產(chǎn)生的污泥而言，真正要處理的是絕干污泥本身，固體負荷是真正衡量污泥處理能力的參數(shù)，水通量的大小可作為復核臥螺離心機裝機能力的參數(shù)之一，作為復核固體負荷的參數(shù)。
接著進料含水率、固體負荷的話題，我們看一下物料調(diào)試，濃縮后污泥的含水率情況，濃縮后污泥含水率達也達到了低于95%的要求。綜合而言，臥螺沉降離心機在離心濃縮的應用達到了預期效果，固體負荷、濃縮污泥含水率等指標為后續(xù)的消化工藝創(chuàng)造了良好的條件，在濃縮工況中，還有其他的因素直接或者間接影響到離心濃縮的效果，其中就包括了臥螺離心機內(nèi)的錐角角度，推料的螺旋扭矩大小，絮凝劑的消耗量；還有物料本身的性質(zhì)的關系，灰分的百分比等等，上述內(nèi)容將在下一章節(jié)中作逐一詳細論述。
4.2 市政行業(yè)中離心機的脫水應用
結(jié)合上面內(nèi)容，就市政行業(yè)而言，污泥濃縮和污泥脫水確實是不同工藝段的工藝。離心濃縮是隸屬于相對重力濃縮、氣浮濃縮工藝而言的機械濃縮中的一類，除了臥螺離心機，還有轉(zhuǎn)盤式離心機，籃式離心機等其它型式的離心機設備。機械濃縮工藝中，除了離心濃縮工藝，還有使用例如轉(zhuǎn)篩濃縮機等其它機械設備的機械濃縮方式。臥螺離心機應用于濃縮工藝，就可定義其為離心濃縮應用，如果臥螺離心機應用于脫水工藝，就可以定義為機械脫水的一種應用，就臥螺離心機設備本身而言，污泥濃縮和污泥脫水過程更準確的描述如下：
為了得到不同工況下的各自產(chǎn)物相對有所區(qū)別的離心分離過程。
相比于濃縮而言，臥螺離心機的脫水應用使十分廣泛，非常成熟的。自上世界90年代初，上海龍華污水處理廠開始引進并使用離心機開始，國內(nèi)大大小小污水廠中使用的離心機數(shù)量已經(jīng)超過萬臺。特別是離心機脫水效果較傳統(tǒng)的帶式壓濾機而言，出泥干度更高，運行密封性好，操作環(huán)境好。一次性投資雖大，但在大中型規(guī)模的市政污水廠的污泥脫水工藝段中，臥螺離心機的應用得到了肯定，也得到了了環(huán)保從業(yè)人員的認可。離心脫水工藝應用如下：二沉池——重力濃縮池——儲泥池——離心脫水——污泥處置。
其中部分污水處理廠也取消重力濃縮池設置，采用直接將未濃縮的剩余污泥排至儲泥池，然后進入臥螺離心機脫水，處理這類含水率超過99%污泥的離心機，國內(nèi)專家們定義為濃縮脫水一體機，究其本質(zhì)而言，也只是脫水機的一種特殊型式。同樣在歐洲，市政污泥處理的物料離心機只分成濃縮離心機和脫水離心機兩種。
下面是本文在現(xiàn)場調(diào)試運行中涉及的幾款臥螺離心脫水機：
①德國韋斯伐利亞，采用擺線齒輪箱，背驅(qū)式的臥螺離心機。
②瑞典阿法拉伐，采用直聯(lián)直驅(qū)式的行星齒輪箱，雙變頻電機的臥螺離心機。
③德國福樂偉，采用皮帶輪連接的行星齒輪箱，雙變頻電機的臥螺離心機。
④法國安德利茲，擺線差速器，機器防護罩采用玻璃鋼，小錐角設計，中空螺旋葉片的臥螺離心機。
上述臥螺離心機為污水廠中較為常見的進口品牌，隨著國內(nèi)臥螺離心機的制造技術和加工技術的進步，國產(chǎn)臥螺離心機也在中小規(guī)模的污水廠、水廠中占據(jù)了主導地位，例如上海離心機研究所，浙江象山海申離心機和浙江綠水等諸多品牌。
相比濃縮段工況，為了得到更干的污泥，脫水過程需要調(diào)整眾多因素以滿足市政工藝的正常生產(chǎn)要求，而這些因素也變成了臥螺離心機在處理市政污泥過程需要滿足/克服的必要內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)有的臥螺離心機從業(yè)經(jīng)驗，影響污泥沉降性能的因素劃分為物料因素、臥螺內(nèi)部因素以及由于兩種因素造成的其它綜合因素，這三大板塊構(gòu)成了影響離心脫水運行的影響因素。
五、沉降性能的影響參數(shù)
5.1 臥螺離心機中的污泥性質(zhì)
就市政項目中的污泥而言，其主要指初沉池產(chǎn)生的初沉污泥，活性污泥法后產(chǎn)生的剩余活性污泥還有消化工藝后產(chǎn)生的消化污泥以及自來水廠中化學加藥沉淀后產(chǎn)生的化學污泥。針對市政污水處理廠，其產(chǎn)生的污泥主要是三類：剩余活性污泥；混合污泥（初沉污泥+剩余活性污泥）；消化污泥。
衡量污泥脫水性的指標包括污泥比阻和毛細吸水時間。
①污泥比阻
在過濾開始時，過濾僅須克服過濾介質(zhì)的阻力。當濾餅逐漸形成后，還必須克服濾餅所形成的阻力?；钚晕勰?、消化污泥和初沉污泥皆屬難過濾污泥。
②毛細吸水時間（CST）
毛細吸水時間（CST）也可用于表征污泥脫水的難以程度。
測定原理：當盛有污泥的容器（底部透水）置于覆有一定規(guī)格濾紙的有機玻璃底板上以后，污泥中的水分即在濾紙上通過毛細現(xiàn)象而擴散，在距污泥容器一定距離處設兩電極（電極在徑向上距離為1cm），CST為水到達內(nèi)側(cè)電極的時間與到達外側(cè)電極時間之差。
衡量污泥機械脫水效果的指標主要為脫水泥餅的含水率、脫水過程的固體回收率（濾餅中的固體量與原污泥中的固體量之比）；衡量污泥離心脫水效率的指標為脫水泥餅產(chǎn)率（單位時間在單位過濾面積上產(chǎn)生的濾餅干質(zhì)量，Kg/（㎡·s））。脫水泥餅的含水率、脫水過程的固體回收率和脫水泥餅產(chǎn)率越高，離心脫水的效果和效率就越好。下面我們深入探討臥螺離心機運行中的影響因素。
從上世紀70年代開始，毛細吸水時間被用來作為測試污泥過濾性能及狀態(tài)的快捷可靠的方法。污泥的過濾性能決定了各種各樣的脫水設備的效果，特別是臥螺離心機的污泥物料，毛細水時間CST是必須要測定的數(shù)據(jù)。
由標準濾紙產(chǎn)生的毛細吸水壓力使得污泥中的水能被吸出來。吸收速率決定于污泥的狀態(tài)及形成在濾紙上的泥渣的過濾性。毛細吸水時間就是間隔標準距離的兩個電極所決定。
由濾紙的毛細吸水所產(chǎn)生的壓力遠大于漏斗中的靜水水頭壓力，所以測試過程不依賴所測試的污泥量，只要足夠產(chǎn)生毛細吸水時間即可。
5.2 物料因素
物料因素主要包括污泥性質(zhì)，污泥的灰分，污泥濃度，固體負荷，水力負荷，藥劑因素等。
5.2.1 污泥性質(zhì)
剩余活性污泥，混合污泥和消化污泥這三種污泥均可以采用臥螺離心機進行脫水處理，較板框壓濾設備而言，含水率確實較前者更高，這是由于臥螺離心機去除的主要是污泥顆粒間的毛細水和顆粒表面的吸附水，細胞內(nèi)結(jié)合水無法通過離心分離。三種類型的污泥經(jīng)過離心脫水后污泥含水率在75-82%之間，其中以消化污泥脫水后污泥含水率可達75-78%，剩余活性污泥含水率介于80-82%。造成不同脫水后含水率結(jié)果，究其原因是因為三種污泥中的灰分含量不同。
灰分的具體定義我們通過以下內(nèi)容來了解，顆粒污泥的干重（TSS）是揮發(fā)性懸浮物（VSS）與灰分（ASH/Residue on ignition）之和。揮發(fā)性懸浮物主要由細胞和胞外有機物組成，灰分指的就是干污泥顆粒除揮發(fā)性懸浮物外的組分，通常是指無機物含量。
由于剩余活性污泥的灰分數(shù)值介于25-35%之間，一般不超過40%，對應的干泥含水率在80%左右，個別污水廠的剩余活性污泥的灰分甚至低于20%，所以離心脫水后的污泥含水率非常高。如此低的灰分，主要是由于剩余活性污泥主要組分是活性污泥的絮體，而活性污泥是細菌、微型動物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的的茶褐色的絮凝體：大部分為有機物。有機物含量高的情況下，對應無機物含量自然降低了，也即是灰分含量低，脫水后污泥含水率往往介于80-83%。
受限于剩余活性污泥灰分低脫水效果不理想的原因，部分污水廠采用在剩余污泥中混入初沉污泥的方法，將形成的混合污泥再進行離心脫水，因為初沉污泥的灰分含量以及含水率一般在97%左右，所以混合污泥的脫水效果要優(yōu)于剩余活性污泥?；旌衔勰嗟拿撍Ч€取決于初沉污泥和剩余污泥的混合比例，根據(jù)經(jīng)驗，初沉污泥的含量越高，出泥的含水率越低。
消化污泥通過厭氧或好氧的方法，使污泥中的有機物進行生物降解并穩(wěn)定下來，達到降低有機物含量的效果。消化污泥的灰分是三種污泥中較高的，其出泥的含固率可以達到25%以上甚至更高，取決于消化工藝段的工況，以低溫厭氧消化為例，污泥中的有機物的碳氫源以甲烷的型式析出，甲烷產(chǎn)率越高，脫水污泥的干度更干。
目前國內(nèi)市政污水廠所運行的厭氧消化工藝數(shù)量較少，其中穩(wěn)定運行的也屈指可數(shù)。
青島團島污水處理廠采用離心濃縮工藝，濃縮污泥含水率降至96%后，進入低溫消化工藝階段，然后把消化污泥投入臥螺離心機進行脫水?，F(xiàn)場采用三座矩形消化池，消化工藝比較穩(wěn)定，后續(xù)的離心脫水的出泥含水率也達到設計要求。
5.2.2 污泥的濃度
污泥濃度指的是進入臥螺離心機的進料濃度，即進料含固率（100%-含水率），污泥濃度定義為固體通量（固體負荷）和水通量百分比值，它們是衡量臥螺離心機裝機容量核心內(nèi)容。
就脫水而言，適合臥螺離心機脫水處理的市政污泥其濃度在0.5-10.0%之間，適用范圍還是比較廣的。過高濃度的污泥，其流動性能差，流速低，水頭損失高，也加劇了進料裝置的磨損。國內(nèi)外大部分臥螺離心機的進料設計都采用腔體內(nèi)布料直管與90度彎頭連接的方式，而且為了確保管中物料能夠“噴灑”到離心機沉淀區(qū)域內(nèi)，腔體內(nèi)的進料管采用懸臂結(jié)構(gòu)設計，與定軸承連接，基于剛度要求，此段管徑較小，一般不超過DN100，與之連接的彎頭也采用對應管徑，倘若進料污泥濃度過高極易造成對彎頭的沖擊，引起振動，振幅一旦超過離心機閾值，離心機將停止進料甚至直接停止運行。
每臺臥螺離心機均有水通量及固體負荷值，這是大部分離心機用戶都了解的，運行中的離心機需通過調(diào)節(jié)以減少進料量，保證水力負荷和固體負荷不超標。反之，離心機的邏輯控制程序會切斷進料泵以保護機體不受損傷。每臺離心機均對其處理當量有嚴格的限制，處理能力基本介于處理當量的70-80%之間，污泥濃度可以成為判別臥螺離心機處理工況的指標參數(shù)。
臥螺離心機有固體負荷的要求。在鄭州五龍口污水處理廠現(xiàn)場調(diào)試時，現(xiàn)場遇到過污泥固體負荷過低的案例，通過工藝調(diào)節(jié)進泥的濃度，即降低進料含水率，使得臥螺離心沉降順利進行。
鄭州五龍口二期中使用的臥螺離心機，進料的固體負荷680Kg/h，出泥含水率約在82%，回收率也在98%以上。對于現(xiàn)場工藝產(chǎn)生的剩余活性污泥而言，基本符合離心脫水的工況。隨著季節(jié)的變化，進入當年11月份后，污泥脫水的指標急劇下降，含水率超過84%，回收率也降至95%以下，經(jīng)過排查，設備本身并無磨損、損壞的情況。根據(jù)固相出口排出泥餅滴水情況分析，在現(xiàn)場重新測定了進料濃度的含固率發(fā)現(xiàn)，由于進入冬季，反應池中的活性污泥活性大幅降低，造成了后續(xù)二沉池排出的剩余污泥含固率僅為0.5%，原進入離心機的固體負荷從680Kg/h減少至500Kg/h，這就產(chǎn)生了新問題。
臥螺離心機的結(jié)構(gòu)決定以下因素：
①污泥進入離心機后，上清液從堰板溢流，干泥從固相出口被螺旋擠壓推出。
②水和泥的排出方向是相反的，分別位于靠近兩端處。
③當固體出料端的泥餅達到一定厚度，即所謂形成穩(wěn)定的泥餅并形成泥封后，達到這種動態(tài)平衡，上清液被泥封擋住，自然形成了泥水分離界面，上清液不易從固相出口排出，脫水后污泥在固相口被螺旋擠壓排出。
為了確保臥螺離心機的正常運行，我們將現(xiàn)場的儲泥池內(nèi)的溢流管閘閥開啟，通過人為控制的方式將儲泥池進行改造。原污泥SVI指數(shù)在105-110之間，臨時濃縮措施使得原污泥在重力濃縮作用下，含水率降低，從99.68%降低至99.50%，固體負荷提高了36%，對應離心機離心脫水效果得到了極大的改善，出泥含水率也穩(wěn)定在81.45-82.00%之間。
綜上所述，由于五龍口污水處理廠物料固體通量的降低，離心機內(nèi)無法形成穩(wěn)定的泥環(huán)，所以造成了泥餅含水率增高的結(jié)果。為了應對污泥濃度的降低所造成的固體負荷不足的情況，廠方將進料前的儲泥池做了臨時整改，將儲泥池停留時間增加，并溢流濾出的清液，確保進料含固率在0.68%以上，后續(xù)的脫水效果又得以恢復。
透過污泥濃度反應的內(nèi)容其實是固體負荷和水力負荷的內(nèi)容，臥螺離心機的運行需遵循低濃度，大處理量；高濃度，小處理量的原則運行。
5.2.3 固體回收率
固體回收率定義為泥餅中的固體量與原污泥中的固體量之比，固體回收率反應的污泥處理中有多少污泥通過上清液返回到水處理系統(tǒng)中去?；厥章试礁撸P螺離心機的脫水效果越好，對水處理的負荷沖擊越小，因此是衡量離心機性能和脫水效果的必要指標。
在跟市政污水處理廠從業(yè)人員交流過程中我們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)物料守恒的概念，固體回收率的概念很容易理解，進入離心機前多少干固量，離開離心機后多少干固量，兩只比值就是固體回收率。通過測定出泥中干固量與進料中干固量數(shù)值，兩者的比值計算出固體回收率從計算上無懈可擊，實際臥螺的運行情況卻不是這樣的。離心脫水的過程是連續(xù)進料，連續(xù)出料，上清液連續(xù)排放的過程，是很難實現(xiàn)所謂測定進出污泥的絕干量。少部分市政污水廠的運營人員根據(jù)上清液的含固率來推斷固體回收率的大小，我們認為這是不嚴謹?shù)摹?/p>
為了獲得更好的固體回收率，可以通過調(diào)節(jié)離心機的內(nèi)部構(gòu)造，包括出液口的堰板高度，螺旋的推料的差速等，在進料條件不變的情況下，讓離心機內(nèi)的污泥提供更長的停留時間，固體回收率會提高，由于離心機腔體內(nèi)液體停留時間久了，那么從固相出口排出的泥餅會相應更濕一些，泥餅含水率升高。為了確保泥餅含水率達標，而又能獲得更好的固體回收率，目前比較有效的方法就是篩選合適的絮凝劑，使污泥顆粒更好的沉降下來，盡可能少的懸浮在上清液中被帶走，所以藥劑因素也是影響臥螺離心機在處理市政污泥時非常重要的因素之一。
5.2.4 污泥中藥劑的應用
市政污泥性質(zhì)決定了這類污泥都是較難處理的污泥，正如離心分離原理中的斯托克斯定律描述的，離心機提供了幾千倍的重力加速度使污泥顆粒的沉降時間大大縮短。藥劑，一般是指陽離子的聚丙烯酰胺絮凝劑，將負電荷的污泥顆粒吸附起來，形成了穩(wěn)定的大絮團顆粒，粒徑增大了，沉降速度更快，離心分離效果更顯著。
對于離心分離而言，如果分離因數(shù)足夠，物料沉降性能好，可以不需要添加藥劑，但是由于市政污泥顆粒密度與水的密度差較小，沉降速度較慢，影響到離心機的脫水效果。投加絮凝劑后，污泥顆粒被絮凝劑吸附后形成的絮團的混合密度與水的密度差增大，根據(jù)斯托克斯定律，液相和固相的密度差增大，沉降速度也增大了，污泥脫水性能得到了改善。
離心脫水，一般應對污泥采用高分子絮凝劑進行調(diào)理。當污泥有機物含量高時，一般選用離子度低的陽離子有機高分子絮凝劑；當污泥中無機物含量高時，一般選用離子度高的有機高分子絮凝劑。絮凝劑的投加量取決于污泥性質(zhì)，應根據(jù)試驗選定。合理的絮凝劑藥劑選型是臥螺離心機正常進料運行前必須完成的內(nèi)容。
試驗一般分為燒杯試驗和上機試驗，燒杯試驗是通過定性，必選，定量的方法選擇藥劑，燒杯試驗中我們遵循以下原則進行篩選：
①藥劑與污泥顆粒反應速度，藥劑需要跟污泥顆粒在進入離心機進料端前充分反應，反應 時間一般小于30秒，不成形的絮團進入離心機腔體內(nèi)，沉降效果無法保證，脫水效果也會大打折扣。
②絮團的大小，絮團越大，沉降越快，離心分離效果好，脫水消耗也好。
③絮團密實度，區(qū)別與帶式壓濾機、板框壓濾機，成型的污泥絮團在離心機內(nèi)受到高速剪切力的作用，無論多少大小的絮團，如果無法承受剪切力作用而被擊碎的話，這也是要被排除的，相比絮團大小，絮團是否緊密更為關鍵。
滿足了上述三個基本條件后，燒杯試驗方可進行定量試驗，優(yōu)化選擇消耗量更低的藥劑產(chǎn)品。
我們以上海臨港新城污水處理廠離心機調(diào)試報告為例，報告中整理了上機試驗數(shù)據(jù)和之前的燒杯試驗數(shù)據(jù)，我們綜合比較來分析報告數(shù)據(jù)。
從離心機正常運行的上機試驗結(jié)果分析，處理量、泥餅含水率達到了離心脫水的要求。上清液的固體回收率介于92-95%之間，稍低于95%的常規(guī)要求，實際的干泥藥耗量也完全滿足了3-5Kg/TDS的標準。燒杯試驗報告中來看，絮團緊密，上清液漂浮污泥顆粒，出液較澄清，燒杯試驗中的固體回收率均達到95%以上。
現(xiàn)場使用臥螺離心機脫水的市政用戶也同樣關心藥劑消耗量的因素，在滿足臥螺離心機脫水功能的前提下，達到經(jīng)濟型的目的同樣也是必不可少的。
影響藥劑消耗指標的因素也是多樣的，并非受限于任一個單獨的因素，藥劑的分子量，離子度，物料的污泥性質(zhì)，污泥中的灰分比例，甚至于現(xiàn)場配置藥劑的裝置形式，配比濃度，溫度條件等等，都會影響藥劑消耗值，這是個綜合值。從臥螺離心機處理市政污泥脫水來說，藥劑費用也是直接影響臥螺離心機運營成本的主要內(nèi)容之一，藥劑添加既然成為必不可少的 環(huán)節(jié)，只有合適的加藥，才能確保污泥脫水的含水率，固體回收率達標，因此非常重要。
污泥灰分，污泥濃度，污泥固體回收率，污泥的藥耗等內(nèi)容也可稱作為臥螺離心機的邊界條件，符合優(yōu)化這些條件肯定可以大幅改善臥螺離心機的更好的處理能力和處理效率；客觀的來說，改變這些物料因素，需要改變工藝條件，甚至從泥處理段工藝延伸到水處理段，并且要做大量的比選方案和試驗，所花費的絕對時間會相對較長。既然如此，我們來看一下離心機內(nèi)部的因素是否具備改善脫水效果的可能性。
5.3 離心機內(nèi)部因素
臥螺離心機自身運行的同時也具備多樣條件，改變這些條件參數(shù)能夠改善污泥脫水中一個或者幾個參數(shù)值，這種離心機內(nèi)部的調(diào)整是快速有效且直接的。但是實際現(xiàn)實中，不是所有市政污水處理廠具備改變，改良工藝的條件。部分市政污水處理廠受限于早期工藝條件無法得到改善，基于這種情況我們只有通過調(diào)整離心機的內(nèi)部參數(shù)以獲得提升，而實際上，通過調(diào)整確實也可以獲得比較好的提升效果，可以獲得更干的泥餅，更高的回收率，更大的處理能力等。這些影響參數(shù)包括：有效容積，離心機的錐角，推料扭矩，推料螺旋的設計等等，下面依次來分析。
5.3.1 有效容積
臥螺離心機內(nèi)部構(gòu)造分為：推料區(qū)（錐段），進料部位及螺旋部位以及澄清區(qū)。其中澄清區(qū)就是我們定義的離心機的有效容積，是污泥顆粒進入離心機后發(fā)生沉降作用的區(qū)域，靠近柱段的區(qū)域也是上清液澄清區(qū)域，離心機的有效容積增大，相應的處理能力也增大。對于固定設備結(jié)構(gòu)而言，其轉(zhuǎn)鼓的錐段，柱段的結(jié)構(gòu)尺寸是固定的，機械構(gòu)造部分唯一能做的就是提高液池深度（澄清段的高度），這同水力構(gòu)筑物的有效水深是相同的原理。
有效容積增大會帶來一系列的改變：
①單位流量下，水通量增加。
②澄清段作用區(qū)增大，污泥沉降更徹底，固體回收率升高。
③液體停留時間更長，使得上清液更清澈。
④液體停留時間增長，從固相出口排出的水分會更多，造成泥餅含水率上升。
這些改變都是對應的，為了獲得一個或者幾個性能參數(shù)的提升，其它的性能參數(shù)會降低。比如離心機的濃縮應用，出泥含水率比較高，犧牲部分含水率而獲得更大的水通量是合適的選擇。同樣對于脫水應用而言，泥餅干度是關鍵的考核脫水性能參數(shù)之一，此時是否改變有效容積就需要商榷了。
通過實際結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用類比的方法，通過對已知運行臥螺離心機的實際運行參數(shù)和其有效容積，來驗證不同規(guī)格離心機的實際處理能力。此時的類比法不僅需要考慮有效容積，還需要充分考慮污泥在離心機內(nèi)的停留時間。根據(jù)收集的幾家離心機生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)，一般停留時間在8-20秒，考慮不同規(guī)格尺寸的設備其具體停留時間基本與其幾何尺寸成正比，因此完全可以采用類比法來選型。
5.3.2 BD擋板
BD擋板是華人博士李介英博士于1989年發(fā)明的，簡單的一塊BD擋板，大幅度的提升了離心機的能力。BD擋板主要的作用有以下幾點：
①BD擋板作為環(huán)形擋板，阻隔上清液排入固相出口。
②BD擋板使更多的泥餅堆積在錐段，形成了污泥顆粒與顆粒之間的擠壓作用，在螺旋輸送器雙重擠壓作用下，脫水后的污泥干度更高。
③BD擋板的存在，在離心機內(nèi)部可以形成負液位（液相出口高度高于固相出口高度），可以獲得更深的液池深度，有效容積也得到提升。
④BD擋板的設置可以減少泥餅被再次擾動的可能性。
BD板并非應用于所有的臥螺離心機，而且不同應用對應不同直徑的BD板。對于脫水應用，為了使泥餅的含水率進一步降低，往往都采用BD板的設置；濃縮應用而言，可以采用此設置。當固體通量過大時，BD板的存在反而會造成泥餅積聚在擋板縫隙處，造成污泥顆粒滯留在錐段處，累積作用造成單位時間固體通量上升，螺旋輸送器無法將污泥及時排出，結(jié)果就是堵機，物料堵在離心機內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，離心機作為濃縮機使用一般選用直徑較小的BD擋板，或者不選擇BD擋板，在對泥餅干度有較高要求的脫水機時，選用直徑較大的BD擋板，其被用來增加污泥顆粒之間的擠壓作用以獲得更干的泥餅。
BD擋板對于污泥沉降性能的影響是增加沉降后污泥顆粒的作用力，原來的離心機內(nèi)部的污泥擠壓作用是通過螺旋輸送器作用，通過對流量和固體負荷的計算，選擇合適的BD擋板對于正常運行也是相當重要的。過高固體負荷的情況，BD擋板選型錯誤可能直接導致離心機無法順暢出泥，累積的干泥量堆積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，相應的振動、振幅都會加劇，原本正產(chǎn)工況下80分貝的噪音會提高至90分貝甚至更高，結(jié)果就是離心機強制停機。
5.3.3 錐角
從BD擋板設置情況看，污泥顆粒擠壓過擋板后累積在污泥的推料區(qū)，此處是離心機的錐段部分，錐段的容積大小也能影響污泥顆粒的擠壓作用。與其相關的參數(shù)就是錐角的概念，我們馬上來看一下。
錐角就是錐段傾斜與柱段水平段夾角的補角，為了獲得更干的泥餅含固率，其錐角就越大，也就是斜率越大。一般離心機分大錐角和小錐角構(gòu)造。
大錐角（15-20°），特點：錐段短，容積小。適用：脫水應用，污泥濃度低的物料，或者出泥含水率要求較高的情況。
小錐角（10-15°），特點：錐段長，容積小。適用：濃縮應用，污泥濃度高的物料，或者污泥含水率要求較低的情況。
對同一轉(zhuǎn)鼓規(guī)格的臥螺離心機，具備大小錐角的位置，其總體長度是一樣的。就同一轉(zhuǎn)鼓直徑的離心機，大于大錐角設置，它錐段空間小，總體的有效容積就大，而小錐角的設備，就剛好相反了，由于其錐段較大錐角更平滑的需求，錐段長度和體積相應減少，同時占用了更多原有澄清段的空間，因此有效容積減少。
錐角越大，污泥顆粒受到相互擠壓力越大，螺旋推力的扭矩越大，葉片磨損越大，甚至產(chǎn)生沉渣回流現(xiàn)象而導致螺旋推料器無法排渣。如果錐角小，其有效沉降面積將大為減小，在同等進料的條件下，小錐角配置的離心機的處理能力是下降的。此時對應的處理能力下降是按照進泥，出泥條件相同不變的情況來敘述的。在實際選型工作中，同一轉(zhuǎn)鼓規(guī)格不同錐角的離心機，小錐角經(jīng)常被用作離心濃縮機使用，大錐角的離心機作為脫水機使用，前者的有效容積明顯小于后者，基于濃縮作用僅要求出泥含水率在94-96%，出泥要求遠低于80%的脫水泥餅含水率要求，因此在有效容積較大錐角機型不足，其處理能力反而高于大錐角的脫水機。
根據(jù)在工作中現(xiàn)場收集的幾款同規(guī)格，不同錐角的離心濃縮機和脫水機，我們得出如下結(jié)論：
①小錐角的離心濃縮機，其處理能力大于大錐角的離心脫水機。
②小錐角的離心濃縮機有效容積小于大錐角的離心脫水機。
③大錐角的脫水機處理的絕干泥量遠大于小錐角的濃縮機。
根據(jù)以往的經(jīng)驗來看，就處理能力而言，同規(guī)格濃縮機較脫水機多15-20%的容量。就固體負荷而言，大錐角的脫水機較前者要多150-300%不等。污泥在濃縮機沉降時間也短于脫水機的沉降時間，因此兩者的區(qū)別和聯(lián)系更多取決于具體處理工況，錐角的選取也要結(jié)合實際物料情況和現(xiàn)場情況。
錐角概念確實是屬于離心機機械內(nèi)部構(gòu)造的參數(shù)，其影響到實際處理效果等眾多因素。錐角的選取，需要根據(jù)物料的特性以及工況要求來酌情選擇。在不同錐角情況下，螺旋輸送器的葉片將顆粒輸送過程也是做功的過程，其做功大小直接與所推污泥顆粒的重量，錐角的大小直接相關，這也對螺旋輸送器的推力提出要求，我們把這種推料輸送能力成為扭矩。
5.3.4 扭矩
離心機在離心分離的時候分兩個階段：
①轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，形成高分離因數(shù)，污泥顆粒沉降下來。
②螺旋輸送器將泥餅擠壓，往外輸送。
離心機高速旋轉(zhuǎn)，物料沉降后停留在轉(zhuǎn)鼓壁側(cè)，如果不受外力，這些顆粒是幾乎不能移動的，此時由于同軸高速旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓之間有個速度差，稱為差速，那么傾斜的螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓間形成了相對位移，可以把沉降顆粒往一端輸送。這種往外輸送的力，我們成為扭矩，單位N·m。
扭矩大小取決于污泥的固體負荷量，根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗，每1kN的扭矩值可以推動200-300kg的絕干污泥。這種估算可以成為初步選型設計中的參考值，以處理量100立方/小時，污泥濃度3%的物料選型，扭矩值應至少取10-15kN，再考慮扭矩保護20%的余量以滿足邏輯控制設定，扭矩值取18kN。從數(shù)學計算角度看，這樣選取沒有問題，那么實際應用中體現(xiàn)的情況卻是有區(qū)別的。
部分現(xiàn)場運行的調(diào)試報告來看，實際運行扭矩值在極值的20%左右，個別污水廠的運行實際扭矩值卻要超過60%甚至更高，這里我們直接來解釋一下原因，扭矩值確實是根據(jù)固體通量來考慮的，而實際運行中，由于污泥顆粒和顆粒之間存在相互作用力，相互擠壓，離心機內(nèi)部可以增加BD擋板提高污泥顆粒之間的作用力，以及錐角的大小影響螺旋輸送器的實際做功。因此實際運行中，扭矩的差別體現(xiàn)的內(nèi)容還是物料的差異，工況的差異，任何選擇都要遵循實際生產(chǎn)運營條件為基準的原則。
5.4 其它綜合因素
除了物料因素，離心機內(nèi)部因素，還有其它一些綜合因素也會影響到臥螺離心機在市政項目中的應用，大致包括進料系統(tǒng)，加藥系統(tǒng)，自控系統(tǒng)，沖洗系統(tǒng)，這些系統(tǒng)構(gòu)成了離心機的PID系統(tǒng)圖。
5.4.1 進料系統(tǒng)
其包括了污泥進料泵，污泥切割機以及必要的管路，閥門，電磁流量計等。離心機是連續(xù)運行的設備，對應的這些進料系統(tǒng)首先滿足連續(xù)運行，其次要滿足處理量與離心機的處理當量吻合?，F(xiàn)場我們也發(fā)現(xiàn)一些運行的進料泵由于規(guī)格型號與離心機不匹配，長期處于非額定工況下，造成泵不堪重負，必須停機進行維護修理，影響到了整套系統(tǒng)的運行。
5.4.2 加藥系統(tǒng)
包括加藥泵，后稀釋裝置，加藥電磁流量計等等。加藥系統(tǒng)與離心機正常運行休戚相關的是加藥點問題。在前面章節(jié)中也有提到，選擇合適的藥劑可以獲得更好的污泥沉降性能，得到更好的泥餅含水率。污泥顆粒與藥劑反應需要時間，而進料、加藥的時間非常短暫，確保在規(guī)定時間內(nèi)使得兩者充分絮凝沉淀，直接的方法就是選擇更為合適的藥劑，另外就是選擇加藥點，以增加絮凝反應時間。常規(guī)加藥點位于與進料布水管連接的彎頭處，此處作為原泥和藥劑反應的位置。
遇到藥劑反應時間較長情況，可以將加藥點往進料方向靠近，增加反應時間。
另外一種較為特殊情況，為了避免形成的絮團在管路內(nèi)被擠壓打碎，加藥位于布水管的出口處，這是種相對特殊的設計，它也可以成為與前端加藥并存的一種設置。
5.4.3 自控系統(tǒng)
完整的離心濃縮系統(tǒng)或者脫水系統(tǒng)，其中自控系統(tǒng)是必不可少的，包括操作界面，控制界面，通訊協(xié)議以外，控制臥螺離心機運行的方式是更為重要的因素。這是因為污水廠在實際運行中，物料條件是存在波動的，包括早晚的變化，季節(jié)的變化，旱季雨季的變化，許多污水廠的操作人員采用恒定參數(shù)（轉(zhuǎn)速，差速，扭矩）加手動調(diào)節(jié)的方式，從運行角度來評判是不妥當?shù)?。從臥螺自身設定而言，其具備邏輯控制的基本程序，對處理的污泥對象有著嚴格的控制，污水廠的污泥進料濃度波動不穩(wěn)定也是不爭的事實，采取橫扭矩的方式應該是較為有效的方法，無論物料濃度怎么變，根據(jù)扭矩和固體負荷的關系設定一個值，保證離心機單位時間內(nèi)處理的干泥是恒定，如果單位時間內(nèi)濃度上升，設定的橫扭矩無法排除更多的泥餅，此時通過內(nèi)部程序?qū)⑺拷档拖聛恚沟霉腆w通量值與扭矩值一致。綜合來看，橫扭矩的控制方式非常適合污水廠內(nèi)的生產(chǎn)方式，需要對應的電氣程序和硬件的支持。
5.4.4 沖洗系統(tǒng)
離心機能夠連續(xù)不斷的運行，適當?shù)臅r候也需要停機檢修，校正動平衡和注油維護。離心機的停機是個慣性過程，高速旋轉(zhuǎn)的離心機經(jīng)歷高速到中速，再到低速停止的過程。在減速過程中，位于螺旋中下位置的污泥會受到重力作用，部分掉落下來，螺旋上端的污泥會殘留在螺旋頂部。不及時清除這些污泥的話，當離心機再次啟動時，由于這些污泥的存在，會造成螺旋體上下端甚至不同剖面的動平衡被破壞，設備啟動振幅過高，觸發(fā)邏輯保護程序而造成設備無法開啟。沖洗系統(tǒng)的作用就是確保離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，螺旋體上沒有殘留的污泥，或者殘留的量不足以影響設備的再次開啟。
六、結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論
本文的研究工作探討了臥螺沉降離心機在污泥脫水方面的研究，從離心基本原理出發(fā)，結(jié)合市政污泥的特點，匯總個人離心機從業(yè)經(jīng)驗，深入離心機的脫水應用，主要結(jié)論如下：
①污泥性質(zhì)是影響臥螺離心機脫水性能關鍵的外因，污泥性質(zhì)也決定了離心機選型和內(nèi)部的具體構(gòu)造結(jié)構(gòu)，進料污泥的灰分的高低直接影響泥餅的含水率，灰分超過45%的污泥，離心脫水后產(chǎn)生泥餅的含水率能夠降低至80%以下。
②臥螺離心機的固體負荷與水力負荷是影響污泥脫水性能的重要操作因素，兩者均不宜超過離心機的設定值。通過污泥水通量和濃度的計算，采用類比法能夠較精確的提供臥螺離心機的選型。
③污泥離心脫水顯著的優(yōu)點在于連續(xù)性，高效性和密閉性，是其應用于市政污泥處理的主要優(yōu)勢。通過現(xiàn)場實驗表明，選擇合適的絮凝劑能夠進一步提高離心脫水泥餅干度和獲得更清澈的上清液。
④優(yōu)化臥螺離心機內(nèi)部構(gòu)造可以改善污泥沉降性能，從現(xiàn)場經(jīng)驗分析，選擇合適角度的錐角，選取對應的BD擋板，配備適當?shù)呐ぞ?，通過這些內(nèi)部構(gòu)造的優(yōu)化污泥脫水效果，從而可以獲得干度更高的污泥。
⑤根據(jù)現(xiàn)有調(diào)試經(jīng)驗，結(jié)合市政污泥脫水的要求，臥螺離心機仍具備實用價值和進一步的提升空間。
6.2 存在的問題
①臥螺離心機在污泥脫水方面也存在電耗高，噪音較大，脫水泥餅含水率較高等不足之處。究其缺陷而言，歸根結(jié)底還是離心機的脫水本質(zhì)造就的，離心機的脫水原理就是通過獲得的離心力創(chuàng)造泥水分離的條件。
②污泥性質(zhì)由污水處理廠實際運行工藝決定，離心機的應用更多受限于具體處理工藝，不具備絕對的通用性。
③根據(jù)國內(nèi)污泥填埋規(guī)定，單獨的離心脫水無法獲得含水率60%以下的泥餅，必須結(jié)合后續(xù)的污泥熱處理，污泥熱干化等工藝，單獨的離心脫水技術發(fā)展受到限制。
6.3 進一步工作的方向
本文的研究更多的是基于過去四年來的現(xiàn)場經(jīng)驗，但依然任重道遠，尚有許多有待進一步深入進行的研究工作，這里擇其要者簡要討論如下：
①降低臥螺離心機脫水泥餅含水率的方法。
②應深入探尋新的方法，進一步提高臥螺離心機的效率。
③獲得更多的離心機實際運行參數(shù)，通過比較篩選保留較佳數(shù)據(jù)，為今后實際運行提供參照。
如何結(jié)合污水廠的工藝，并合理的調(diào)節(jié)好離心機的內(nèi)部參數(shù)已經(jīng)成為離心脫水應用技術核心內(nèi)容。以實踐結(jié)合經(jīng)驗的方式是非?？扇〉?，在不少現(xiàn)場我們也看到了運轉(zhuǎn)非常良好的離心機，也看到脫水效果平平的案例。就設備本身而言，確實存在品牌、規(guī)格的差異，但合理即存在，選擇合適的離心機以供污泥脫水使用較設備本身更為重要。作為環(huán)保從業(yè)人員一定要有足夠的意識和正確的觀念。
